JP2000510954A - 傾斜感知装置およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ａ）ハウジングと、ｂ）ビーム経路が放射送信器と放射受信器との間に形成されるようにハウジング内またはハウジングに配置された放射送信器および放射受信器と、ｃ）ビーム経路に対して放射を妨害または偏向する可動体と、ならびにｄ）ビーム経路に対して前記可動体が占めうる少なくとも二つの載置位置を規定する可動体の載置面とを備え、前記可動体が、前記少なくとも二つの載置位置間を重力によって、傾斜感知装置に対して規定された傾斜角度で移動することができ、どの載置位置を可動体が占めるかに応じて、検出可能な出力差を放射受信器から得られるように前記載置位置が選択される傾斜感知装置、およびその動作方法。対応する体積の球の直径で表される可動体の寸法は１０ｍｍ未満である。装置の動作には、受信器からの出力を監視して、振幅対時刻関数を得る段階と、およびその関数からのデータを処理して、修正された信号を得る段階とが含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 傾斜感知装置およびその動作方法 技術分野 本発明は、傾斜感知装置およびその動作方法に関する。この装置は、ａ）ハウ ジングと、ｂ）ビーム経路が放射送信器と放射受信器との間に形成されるように ハウジング内またはハウジングに配置された放射送信器および放射受信器と、ｃ ）ビーム経路に対して放射を妨害あるいは偏向する可動体と、ならびにｄ）ビー ム経路に対して前記可動体が占めうる少なくとも二つの載置位置を規定する可動 体の載置面とを備える種類の装置である。可動体は、前記少なくとも二つの載置 位置間を重力によって、装置に対して規定された傾斜角度で移動することができ 、どの載置位置を可動体が占めるかに応じて検出可能な出力差を放射受信器から 得られるように載置位置が選択される。 背景 傾斜あるいは勾配感知装置またはスイッチング装置はよく知 られており、車両の横転警報器、レベルセンサ、ボアホール偏差測定器、患者緊 急警報器、車両盗難警報器、遠隔制御あるいは遠隔操作装置、危険な装置の安全 スイッチなどのさまざまな目的に使用することができる。 重力に対する装置の角度を検出するのに使用する手法もさまざまである。初期 の装置は、貫入電極が取り付けられたアンプル内に封入された導電性の液体、特 に水銀に依存していた。米国特許第５４２５１７９号に例示されているようなそ の他の液体ベースの検出器もあったが、故障の場合に液体の存在に伴なう一般的 な問題があり、特に、表面張力および液体の付着のために、信頼性の高い動作お よび検出のためには小型化にも限界があった。米国特許第２３０３３６０号およ び米国特許第２５４０９７４号に例示されている他の種類の装置は、ある角度で 運動する回転部材を使用して、電気スイッチを押すか、または電気回路中のギャ ップを橋絡して検出可能な信号に与える。これらの装置は、摩耗、酸化および汚 染に敏感であり、確実にスイッチングを行なうのに必要な接触圧力を得るために 小型化にも限度があり、一般に、傾斜角度に連続的に応答するように工夫するこ とができない。 送信器と受信器の間のビーム経路中を移動する部材を有する光学装置は、前記 問題のいくつかを回避する。米国特許第３０９７５６５号に代表される種類の装 置は、ビーム経路中に振り子のように吊り下げられた可動部材を有するが、この 装置が適するのは、小さな角度偏差に対してだけであり、一般に、部材を液体で 制動する必要がある。他の種類の装置は、ビームの軸に中心を合わせた凹形のフ ロア上を移動する不透明球体を使用する。この種の知られている装置、例えば米 国特許第４４５０３５３号およびＧＢ２０７２８３８に記載の装置は、特に、フ ロア設計、必要な大きな球運動、制動液、および向きを逆さにしたときの不確実 な応答のために、小型化に適さず、したがって携帯装置での使用には適当ではな い。米国特許第５２０２５５９号および第５０３０９５５号の明細書には、複数 のチャネル出力を有するハンドヘルドの遠隔制御用途に使用する同様の傾斜応答 装置が開示されている。これらに記載の光学装置は、例えば、横方向の大きな球 運動が必要なこと、所定の離散的な位置によるディジタル型出力に制限があるこ と、および位置検出のためにある接触圧力が必要な完全な光の封止（sealing） に依存することなど、さらに改良しようとするときに反対に作 用するいくつかの特徴を有する。これらは、装置の小型化を制限するものばかり である。 知られている設計は、例えば真に携帯可能な装置での使用に最適なものではな いため、小さくて単純で安価であり、傾斜条件に制限されず、長期にわたる高い 動作信頼性を有する光学式傾斜感知装置が引き続き求められている。これらの目 標に向かって現在の技術をさらに後押ししようとするといくつかの問題が生じる 。小型化には、不純物に対する感受性が高まるなどの信頼性の問題が伴なう。ビ ームに対して横方向の運動のスペースを小さくすると信号対雑音比が悪化する。 空間が制限されるにもかかわらす、ほとんどの携帯用途で、装置は、向きが逆さ でも安定な信号を供給しなければならず、さらに、これらの装置は、危険な状態 を防いだり、または誤用を防いだりするための安全システムの一部として使われ ることが多いので、高い信頼性が必要とされる。 発明の概要 本発明の主な目的は、前述の欠点を取り除いた傾斜感知装置およびその動作方 法を提供することにある。本発明のより具体 的な目的は、携帯機器または携帯製品での使用に適した該装置を提供することに ある。本発明の他の目的は、全体に小型で軽量な該装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、長期にわたって確実に動作し、スイッチング特性を予測で きる該装置を提供することにある。本発明の他の目的は、傾斜を確実に検出する のに必要な内部の可動体の運動が小さくて済む該装置を提供することにある。本 発明の他の目的は、向きが逆さでも確実に動作する該装置を提供することにある 。本発明の他の目的は、傾斜角度に連続的に応答する該装置を提供することにあ る。本発明の他の目的は、幅広い範囲の傾斜角度に合わせて工夫することができ る該装置を提供することにある。本発明の他の目的は、回転方向とは独立に応答 するオプションを有する該装置を提供することにある。 これらの目的は、添付の請求の範囲に記載の特性を有する先に述べた性質の装 置および方法によって達成される。 従来技術の装置が、大きな力を得るのに、または効果的な光の遮蔽または光封 止を得るのに大型の可動体を使用するのに対して、本発明では、概示した目的の いくつかを達成する小さな可動体を利用する。可動体寸法を小さくすることが、 装置全体 の寸法を小さくする第一の前提条件であることが分かっている。所与の空間の中 で可動体を小さくすると、ビーム経路に対する相対的な運動を大きくすることが でき、これによって、検出可能な信号変化を大きくすることができる。これはこ れで利点であるけれども、これを、好みで、信号対雑音比の向上、および有効性 に劣る小型装置の封止の補償に利用することができ、これによって寸法をさらに 小さくすることができるという利点もある。重い材料から一般に製作される可動 体は、特に、制動液がない場合に、装置の内部部品を破壊する可能性を潜在的に 有する。固定された、または永久的な設置では、可動体は通常、載置面に対する 小さな相対運動、または規定された角度での単一の離散的なジャンプしかしない ので、これは厳しい問題ではない。対照的に、携帯装置は一般に、可能な全ての 方向に向けられ、落下や振動を含む乱暴な取り扱いに繰り返しあう。このような 条件下で、可動体は、その周囲に損傷を与えたり、または、少なくとも、連続的 な摩耗および破片の蓄積から長期の機能低下を生じさせることがある。可動体の 重量は、長さ寸法の３乗に比例して低下し、可動体の重量および寸法が小さいと 、周囲の気体媒体さえも制動流体の働きをし始めるので、可動体 の寸法を小さくすることはこれだけでこれらの問題を大きく軽減する。さらに、 送信器／受信器のウィンドウの封止に依存するのではなく、ビーム経路の遮蔽に 依存するときには、少量の粒子の存在が機能に悪影響を及ぼすことはない。封止 ではなく遮蔽を使用するときにはさらに、送信器と受信器の接近がますます重要 になり、可動体を小さくすることによってこれらの部品をさらに近づけることが でき、一般的な考えに反して、不完全な遮蔽を補償する。好ましい実施形態によ れば、封止特徴ではなく遮蔽特徴を使用して、さまざまな載置位置にある可動体 と載置面との間に線接触や面接触ではなく、付着、スティッキングおよびウェッ ジングに対して反対に作用する点接触を確保する。これによって、可動体が軽量 であるにもかかわらず、可動体の自由な移動、およびスイッチ力の制御が維持さ れる。他の好ましい実施形態によれば、送信器および／または受信器に、ビーム を集中させるコリメータレンズが装備される。これらのレンズは、遮蔽性能を向 上させるだけでなく、送信器／受信器を保護し、可動体との点接触の適当な面と しても役立つ。他の好ましい実施形態では、ビームを集中させることができる屈 折性材料からできた可動体を使用する。この可動体は一般に、所 与のビーム変更を与えるのに必要な運動が小さくて済み、本発明の原理によれば 重い可動体材料は必要ではないので、この種の可動体が可能となる。可動体の運 動が小さいことは、横方向の空間の要求が小さくて済み、装置全体の大きさをよ り小さくできることを意味する。前述のさまざまな固有のまたは任意の効率補償 は、非封止または点接触に起因する放射の漏洩を妨げる。本発明の動作原理は、 所定の位置での完全な封止に依存しないので、幅広い角度範囲、傾斜角度の変化 に対する連続応答、ならびに指向性および無指向性両方の載置面ガイド機能と両 立する。同様の理由から、この装置を、全ての傾斜角度で再現可能な応答与える ように、例えば、逆さの向きでも所定の応答を与えるように工夫することは容易 である。この装置の動作方法によれば、未加工の受信器データ出力を監視し、特 にランダムな因子を修正することによって、位置に関係した信頼性の高い出力が 保証される。これによって、これまで使用されてきた機械式補償手段を省くこと ができ、前述の利点を、最も可能な程度にまで実現することができる。 本発明のその他の目的および利点は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。 詳細な説明 広い意味で、本発明の装置は、ハウジング、送信器および受信器、可動体、な らびに可動体の運動および載置位置を規定する可動体の載置面を含む。 ハウジングは、その他の部品の装着または相対的配置の基準点となり、したが って間接的に、可動体の位置および運動の基準点となる。「ハウジング」を、い くつかの代替機能のいずれか一つを実行するものと広義に理解しなければならな い。ハウジングは、送信器および受信器を、それらの間にビーム経路を確保する のに望ましい空間的な関係に支持することができる。この目的のために、ハウジ ングは、少なくともこれらの部品を固定できるものでなければならず、これらの 部品間にギャップがあるときには、このギャップを覆って延びるものでなければ ならない。両方の部品を一定の関係で含む一体型の送信器／受信器構成部品を使 用してもかまわない。この場合ハウジングは、この目的に対する補足的な部品を 提供することができる。載置面が、ハウジングおよび送信器／受信器部品とは別 個の部品を含むのであれば、ハウジングはさらに、これらの載置面部品の 支持を行うことかできるが、後に説明するように、ハウジングが、このような補 足的な載置面を提供することが一般に好ましく、便宜上、特に指示しない限り、 本発明をこのオプションに関して記載する。ハウジングが、例えばケージなどの 形態のオープン構造であってもよいが、ハウジングが、少なくともその他の部品 とともに、実質的に閉じた、または封止された構造を形成するような方法でハウ ジングを設計することが好ましい。一般的に言って、ハウジングは、送信器部品 および受信器部品、ならびに、追加の載置面またはその他のオプションの部品と ともに、少なくともビームおよび可動体を閉じ込めるキャビティを提供しなけれ ばならない。封止されたキャビティには、従来技術と同様に制動液を含めてもよ いが、一般的には、空気またはガスを充填したキャビティとすることが好ましい 。ハウジングが、支持体に取り付けるための結合手段などの追加の機能を提供し てもよい。この結合手段によって、所望の出力方向を得るためにいくつかの別の 方向に装着が実施でき、サービスを受ける装置中の既存の適当な支持体に好都合 に取付けることができることが好ましい。ハウジングの材料を金属としてもよい が、プラスチック材料を利用することが好ましい。プラスチック材 料は、重量を低減するとともに製造を容易にし、可動体の軽い重量および摩耗の ためにも許容できる材料である。ハウジングの内面が放射に露出すると仮定する と、少なくとも表面を、好ましくは材料を放射に影響するように修正することが 望ましいことがある。この修正には、例えば、キャビティ内の放射レベルを一般 に増大させるため、または送信器と受信器との間で屈曲した間接的な経路を可能 にするために、表面を反射表面、好ましくは拡散反射表面としたり、直接的なビ ーム経路に依存するときに散乱放射を低減するために表面を吸収性の表面にした り、直接放射と間接放射とを区別するために表面を螢光表面にしたり、あるいは 、材料を全体に不透明にするなどがある。一例として、可視または赤外線電磁放 射に対して、カーボンブラックを吸収用に使用し、金属または酸化チタンを反射 材として使用することができる。ハウジングを、例えば異なる特性を得るために いくつかの個別部品から構成することも考えられるが、単純な全体設計とするた め一体型の構造を有するハウジングとすることが一般に好ましく実施可能である 。これらの修正には、使用する放射の種類に対する適合が必要である。 可動体を用いて、遮蔽、屈折、変換、またはその他の変更を 実施できる一切の放射を、この装置に使用することができる。放射性放射器を送 信器、イオン化センサを受信器として、放射性放射、好ましくは低エネルギーお よび／または低強度のアルファまたはベータ放射を使用することができる。電磁 気現象を利用することが好ましく、この意味で、放射を、電場または磁場とする ことができる。このとき、送信器は場生成装置、受信器は場の変化の感知回路で あり、可動体は、導電性、誘電性、常磁性、または反磁性の材料から作られる。 放射が、紫外線とマイクロ波の間の適当な周波数範囲、最も好ましくは可視光お よび赤外線領域の適当な周波数範囲を有する電磁放射であることが最も好ましい 。そのため送信器を、メーザーまたはレーザー、ランプ、最も好ましくは発光ダ イオード（ＬＥＤ）とすることができる。これらは、可視周波数範囲、最も好ま しくは３００〜３０００ナノメートル、または５００〜２０００ナノメートルな どの赤外線周波数範囲で使用することが好ましい。良好な結果が、可視領域なら びに９５０、８７０および８７５ナノメートルの赤外線で得られた。受信器は、 送信器に適合していなければならず、前記種類に対しては、受信器を、光導電セ ル、より好ましくはフォトダイオードまたはフォトトランジス タとすることができる。受信器の周波数は、送信器の周波数に適合していなけれ ばならず、蛍光の場合には、これから生じる全ての周波数に適合していなければ ならない。送信器および受信器の両方で、周波数の適合は、種類の選択、すなわ ち光学フィルタの使用か、または電子フィルタの適用かの選択によって実施する ことができる。可視範囲では動作しない装置は、昼光フィルタを組み込んで、不 注意な周囲の影響を除去するのに適している。 この文脈では、送信器および受信器が、別個の構成部品、または相互に間隔を 置いて両方の部品を含む一体型の構成部品であるかのように論議してきたが、こ の用語には、「トランシーバ」が含まれるものと理解しなければならない。トラ ンシーバとはすなわち、両方の機能を実行する同じ能動構成部品、または、最良 の適合のためには好ましい、同じ筐体の中に収容された別個の構成部品のいずれ かを有し、両方の機能を同時にまたは交互に実行する構成部品を指す。以下、送 信器、受信器およびトランシーバーを総称して「能動部品」と称する。全ての構 成部品は広い意味で理解しなければならず、例えば、ビームの変化に応答して出 力を生じる構成部品は全て受信器とみなさな ければならない。 送信器と受信器の間でビームを異なる方法で配置することができる。受信前に ビームを少なくとも一度、反射させてもよい。これによって、能動部品の自由な 位置決めが可能になる。例えば指向性の反射を繰り返すことによって、または、 より好ましい、柔らかな表面での拡散反射によって、キャビティ内をほぼ均等に 反射で満たすことができる。位置決めが自由であることを利用して、送信器およ び受信器を、対向関係以外の関係で配置することができる。例えば、設計上の理 由から、同じ面に同じ方向を向けて配置すること、または、互いを垂直に配置す るなど角度をつけて配置すること、あるいは、いくつかの受信器を知られている 所定の位置に配置することなどができる。しかし、後にさらに論じる封止ではな く遮蔽に依存するときには、意図的または偶然の不完全封止での特殊値である信 号対雑音比を向上させる指向性ビームを使用するのが一般に好ましい。指向性は 、いくつかの方法、例えば、受動的には、遮蔽またはレンズによる狭い受信角を 有する受信器を用いることによって、またはキャビティの表面を吸収性の表面に して間接放射を無効にすることによって、得ることができる。とはいえ指向性は 、 送信された放射を受信器に向かって集中させることによって能動的に得ることが 好ましい。これを、オプションで、前述の受動的手段とともに使用することもで きる。集中は、レーザ送信器の使用、送信器の遮蔽、レンズの使用など、さまざ まな手段によって得ることができる。この中で好ましいのはレンズの使用である 。指向性ビームによってさらに、受信前に反射させることができ、指向性ビーム を使用して、例えば、前述の自由な設計の全てを得ることができる。ただし、拡 散性表面ではなく結像性反射面を使用することが好ましく、好みで、例えば凹形 面を使用することによって、反射をここでさらに使用して、ビームの集中を助け ることができる。また、可動体を反射面として使用して、例えば、可動体がビー ム経路上にあるときに、可動体の検出手段として散乱を増大させることなどがで きる。 拡散反射放射または指向性反射放射のいずれかによって提供される位置決めの 自由を実現し使用する特別な方法は、送信器と受信器を互いの近くに同じ方向を 向けて配置するか、または、より好ましくは、トランシーバを同じ目的に使用し 、可動体を対向する向きに置き、その載置位置の一つをその配置の近くに適当に 置くことである。伝送ビームの変更は、さまざまな方法 で起こさせることができる。可動体の表面を、背景よりも反射性の低い表面にし て、近くの載置位置から離れて動いたときにより強い受信信号が作り出されるよ うにするか、または反対に、キャビティを、可動体よりも反射性の低いものにし て、可動体が存在するときにより強い受信信号を与えるようにすることができる 。この構成は、ただ一つの放射開口を有する最小構成を必要とし、この構成を、 コンパクトな設計にすることができる。 指向性ビームを使用するときに好ましい単純で対称な設計は、別個の送信器お よび受信器を相互に向き合う対向配置に配置し、これによって反射放射への依存 を減らし、可動体がなければ中断の無い経路に沿った送信放射を受信器で直接受 信することへの依存を高める設計である。その次には、前記手段のいずれかを使 用してビームを、受信器に向かって集中させなければならない。送信器および受 信器は、共通のビーム軸を中心に配置されることが好ましい。ビームは、ターゲ ット領域に入射する限り、平行な形態にコリメートされて発散するか、またはタ ーゲット領域上に収束する。前記領域は、受信器上方の載置位置にある可動体の 投影断面によって規定されるか、または、より好ましくは、受信器の受信領域に よって規定される。このことは、 可動体が送信器の上方に載置位置を有するときにも適用される。 前記実施形態の全てについて、いくつかの送信器および／またはいくつかの受 信器を使用して、例えば、より多くの装置位置情報を引き出したり、または可動 体の位置決定精度を向上させたりすることができることに留意されたい。しかし 多くの場合、送信器および受信器を一つずつ使用するだけで十分であり、このほ うが好ましい。 先に示したように、可動体がビーム経路を変更する方法はさまざまである。基 本的には、可動体が、前記部品またはそのチャンバに至る開口を占拠することに よって、受信器または送信器、あるいはこれらの部品が収容されたチャンバが、 残りの部分からほぼ完全に封止されて切り離される「封止」機構を使用すること ができる。これには一般に、少なくとも円周形の線接触、より好ましくは、円周 形面接触、および両者間のある接触圧力を含む、可動体と開口の間のほぼ完全な はめ合いが必要となる。このような封止には、可動体が不透明である限り、可動 体およびチャンバの吸収性、反射性、またはその他の光学的性質とは全く独立し ているという利点、および可動体が、封止位置にあるときと非封止位置にあると きとで強い信号差を与える という利点がある。対照的に、好みで、完全な封止に依存するのではなく、ある レベルのベースのビーム送信が常に維持され、可動体の運動を示す所定の程度の ビーム受信の変更が生じる「遮蔽」機構を使用することができる。遮蔽法の一般 的な利点は、予め規定された離散的な位置に完全な封止が必要でないこと、傾斜 に対する連続的なアナログ応答と両立すること、可動体、キャビティおよびチャ ンバの光学特性に敏感であり、装置特性の微調整に使用できること、およびこの 方法を、透明な屈折性可動壁材料とともに使用することもできることである。さ らに、この方法は、微小な可動体を有する小型装置に利用できるいくつかの利点 を有する。これは、完全な封止、接触圧力、線または面接触を必要とせず、後に さらに論じる点接触のみを必要とし、それにもかかわらず汚染に対する感受性が 非常に低いことによる。 封止、または能動部品を陰に置くことによる遮蔽の主要なビーム変更効果の他 に、さまざまな方法を、可動体の変位に応答して記録される出力差を増大させる のに利用することができる。このうちのいくつかについては既に指摘済みであり 、遮蔽方法を使用するとき、または傾斜に対する敏感な連続応答が望まし いときの特殊値である。可動体の変位に対する応答を増幅して、ある傾斜検出に 必要な可動体の横方向の運動を制限するのに利用することもでき、これによって 、この方向に対応する装置寸法を低減することができる。可動体に、キャビティ の表面と比較して対照をなす吸収特性を与える、すなわち、キャビティより吸収 性を高くするか、または、より好ましくは、キャビティより吸収性を低くするこ とができる。後者の場合、可動体を、収束した放射が生成されて可動体に当たる ときには特に、結像型の反射体にしてもよく、または信頼性を高めるために拡散 型の反射体としてもよい。キャビティおよび可動体をともに、吸収性の高い品質 のものから製作することができる。このとき、好みで、高指向性ビームとともに 使用してもよい。不透明体に基づく変更方法の他に透明体を使用するオプション がある。これは、本発明によって提供される材料の自由度によって可能となるも のである。好ましい方法は、可動体を、透明かつ屈折性の可動体にすることであ り、特に、適合された指向性の入射ビームとともに用いると、変位に対する感受 性が非常に増大した屈折ビームが射出される。この原理は、いくつかの方法で実 施することができる。そのため、例えば、受信器を適切に位置決 めすることによって、遮蔽の変更および偏向の変更による受信ビームの変更が強 め合うように干渉したり、または、反対に、それらが弱め合うように干渉し、屈 折によって受信信号を低減させ、遮蔽も低減される。後者のほうが好ましい。こ の逆もまた成り立つ。他の可能な変更原理は、例えば、先に指摘した蛍光機構に よって、あるいは連続スペクトルの一つまたは複数の離散周波数または検出可能 部分の吸収によるフィルタリングによって、放射周波数を変更することである。 キャビティの表面に、周波数を変更する働きを持たせ、例えば、直接放射と間接 放射の間の区別を可能にしたり、または可動体に、反射または透過によって周波 数を変更する働きを持たせ、例えば、可動体に当たるかまたは通過した放射と、 可動体を迂回した放射とを区別できるようにすることができる。これらの変更方 法は、単独でも組合せででも使用することができる。 ある傾斜方向に対する応答が所望のときには特に、多角形などの多くの形状の 可動体を使用することが可能であるけれども、実質的に球形の可動体を使用する ことが好ましい。可動体の表面はなめらかなものでよいが、拡散反射用に柔らか い表面にするなど、特別な目的に合わせた構造を与えることもできる。先 に触れた理由から、小さな可動体に対しては特に、キャビティ内での目的の自由 運動を妨げることがある可動体の付着、スティッキング、およびウェッジングへ の対策、および、例えば、多面体的な表面またはゴルフボールのような多数のく ぼみなど、これを助けるある表面構造が提供されることか望ましい。可動体の材 料は、かなり自由に選択することができる。一般的な金属材料を使用することが できるが、動作は、可動体重量や接触圧力に大きくは左右されないので、ガラス やプラスチック材料などのその他の材料も同様に使用することができる。この場 合、ポリカーボネートなどの架橋プラスチックが好ましい。ガラスやプラスチッ ク材料などの材料は、前述の目的に合う透明な屈折性の可動体を可能とする。例 えば３ｇ／ｃｃ未満、好ましく２ｇ／ｃｃ未満の低密度材料を使用して、摩耗を 減らし、制動性を向上させることができる。使用する全ての材料を、適当な光学 特性を実現するために、表面コーティングの形態で修正したり、または長期信頼 性を高めるために可動体材料に混合して修正することができる。この修正は、放 射の吸収性または反射性を増大させるものでも、または低下させるものであって もよいし、あるいは、先に述べたように放射の周波数を変更するも のであってもよい。可動体の寸法は小さくなければならない。対応する容積の球 の直径で表すと、直径は、用途に応じて、１０ｍｍ未満、より好ましくは５ｍｍ 未満、より好ましくは３ｍｍ未満、より好ましくは２ｍｍ未満、最も好ましくは １ｍｍ未満でなければならない。非常に小さな可動体寸法を使用することによっ て、概示の利点を大きくすることができる。最小の寸法とするための好ましい製 造方法は、マイクロメカニックス（micromechanics）であり、後に説明するよう に、「線形」指向性を有することが適当であり、一体型の能動部品を有すること が最も好ましい。それでも、最良の光学的および動力学的特性を得るためには、 直径は、０．００１ｍｍを超え、非一体型のメカニックスでは、０．０１ｍｍを 超えるのが好ましいであろう。後者の場合、０．１ｍｍを超えることが最も好ま しい。 載置面は一般に、装置のさまざまな傾斜角度で可動体がどのように運動するか 、または載置されるかを規定し、載置面および相互に対して固定された送信器／ 受信器を有する好ましい配置では、可動体がビームに対してどのようにふるまう かを規定する。載置面は、異なるビーム変更効果を有する少なくとも二つの載置 位置を提供しなければならない。「載置位置」を、可 動体が占めることができ、そこから、またはそこへ重力によって移動することが できる位置として理解しなければならない。載置位置は、これらの位置が安定で あり、そこから変位させるのには活性化エネルギーを必要とするという意味にお いて「離散的」とすることができ、あるいは、載置位置は、位置が、可能な摩擦 以外に制限するものがなく、可動体が自由に移動し、どんな位置でも占めること ができる連続体または面を形成するという意味において「連続的」とすることが できる。傾斜角度に対して連続的な応答を得ることが望ましいときには、連続的 な位置が主として問題であり、これを、角度に対して可動体を均一に変位させる 弧、またはその他の曲線断面などの適当な断面を有する凹形の面の形態で提供し て、例えば、ある角度に対する感度を高めたり、またはビームから遠く離れた修 正された変位応答を与えたりすることができる。多くの用途で、少なくとも一つ の載置位置、好ましくは、少なくとも二つの離散的な載置位置を使用することが 好ましい。これによって、例えば、ある角度にある載置位置間で繰り返しフリッ ピングするのを回避するために、ある載置位置に可動体を移動させるのに要した 傾斜角度と比較して、同じ載置位置から可動体を引き離すのに、 装置を規定の程度まで傾けなければならないと仮定すると、「ヒステリシス」効 果が得られる。適当なヒステリシス角度は、０〜４５度、好ましくは５〜３０度 である。離散的な載置位置を使用するときには、これらの載置位置間の面を、例 えば、この部分を凸形、好ましくはフラットにすることによって可動体を安定さ せる位置がないように設計し、これによって、可動体が本質的に、一つの離散的 な載置位置、または他の離散的な載置位置のいずれかを占める「ディジタル」応 答を提供するようにするとさらに好ましい。離散的な載置位置での安定は、可動 体が落ち込むことができるくぼみやみぞの形態で提供することができる。これら は、はっきりしたエッジ効果に与えるために、可動体の曲率よりもシャープなエ ッジを有することが好ましい。三つ以上の離散的な載置位置を提供する場合、重 力に対して真に鉛直な基準断面で見たときに、これらの位置は、多角形などの非 連続輪郭ではあるものの、連続的な面の場合と同様の概ね凹形の面を形成する。 隣接した載置位置間の角度は、０〜１８０度、通常は３０〜１７０度、好ましく は６０〜１６０度とすることができる。望ましければ、連続的な載置位置と離散 的な載置位置とを組み合わせてもよい。 載置面が、前述の鉛直面の全周に載置位置を提供し、携帯装置の特殊値である 、これらの全ての方向に規定された可動体位置が与えられることが好ましい。次 いで、凹形の面特徴を、キャビティの断面輪郭の全周に延長して、例えば、標準 的な位置とその対応する逆さの位置で、必ずしも同一である必要はないが、ほぼ 対称な可動体応答を得るようにしてもよい。その他の用途では、凹形特徴を、標 準位置の周囲のある角度までにとどめ、残りの位置では、均一な応答を与えるよ うにするか、または無応答とすることが好ましい。このオプションの好ましい変 形は、凹形範囲の末端にあるときも、逆さの向きにあるときも、可動体が実質的 に同じ位置にあるようにすることである。これは、断面輪郭を凹形にくぼませる のではなく、可動体が占拠してほしくないキャビティ内に断面輪郭を凸形に突出 させることによって実現することができる。全体設計とは独立に、少なくとも一 つの断面輪郭を、傾斜に応答する凹形特徴としなければならない。前述の安定な 離散的位置間のフラットな領域を使用するのでなければ、少なくともビームに近 い部分、好ましくはキャビティの輪郭に沿った全ての部分が、規定された可動体 位置を与えなければならない。これは、明らかな凹形形状または 明らかな凸形形状によって実現することができる。 さらに、キャビティの寸法を可動体の主直径に適合させ、これによって、可動 体が占めることができる位置、好ましくはその全ての位置で、隣接した載置面部 分によって形成される可動体チャネルの大きさを制限し、横方向の可動体の運動 を、載置位置間の目的の運動に限定することか好ましい。これは、より明瞭な応 答を得ること、および不必要な摩耗を減らすことが目的である。したがって、こ のような横方向の寸法を、可動体の主直径の２倍未満、好ましくは１．５倍未満 、より好ましくは１．３倍未満に制限することが好ましい。ビーム経路に対して 一般に横方向である、出力応答のための載置面間の可動体の運動は、装置の全体 レイアウトによって決まる。寸法上の理由から、前記運動の横方向の末端を限定 することが主要な問題であり、前記末端間の距離を、可動体の主直径の５倍未満 にすることが好ましく、４倍未満にすることがより好ましく、３倍未満にするこ とがさらに好ましい。可動体の変位に非常に敏感な出力を生み出すオプションの 手段を説明したが、前記末端間の距離を、可動体の主直径の少なくとも０．１倍 、好ましくは少なくとも０．５倍、より好ましくは少なくとも１倍とすることが 広範な問題である。これらの値は、使用する特定の実施形態のみを示すものてあ り、その実施形態に適合させることができる。特に、指向性ビームを使用すると きには、ビームの遮蔽を不完全にする可動体の横方向の運動を可能にすることか しばしば問題になる。同様に屈折性の可動体を使用するときには、小さな変位で も強いビーム偏向が得られるため、横方向の距離を、提案した最も小さいものに することができる。屈折による応答と遮蔽による応答との間の弱め合う干渉を使 用する前述のオプションを使用するときには、横方向の末端を、応答が実質的に 向きを変える地点に限定することが、例えば、屈折による変位に起因する低減が 、遮蔽が小さくなることに起因する増大よりも小さくなるときに、問題になるこ とがある。 前述の鉛直基準面における傾斜にのみ感受性の指向性か、または前記基準面に 垂直な傾斜成分、すなわち異なる傾斜「方向」と比較して前述の鉛直基準面にお ける傾斜に対する感受性が異なる指向性をこの装置に与えることができる。この ような「線形」特性は、装置の深さを制限するか、または載置面上に、例えばリ ッジおよびバレイの形態のガイド構造を配置して、可動体の前記基準面内の横方 向の運動のみを許し、それに直交す る方向の運動を妨げることによって実現することができる。装置の深さが十分な 場合には、同様のガイド構造を使用して、最初に述べた基準面に対して水平な角 度の、好ましくはこれに垂直な一つまたは複数の追加経路を可動体に提供するこ とができる。これらの異なる経路を頂点で交差させ、そこから可動体が、傾斜方 向に応じて選択された経路に沿って移動するようにしてもよい。これらのさまざ まな経路の傾斜角度に対する応答は、異なっていてもよいし、同じでもよい。こ の配置を使用して、可動体の過度の回転運動を防ぐこともできる。多数の経路を 頂点から延ばす場合に、これは、回転に対する独立性または準回転対称性と両立 する。最も単純な設計、および多くの用途には、キャビティの輪郭を有する前述 の面を対称軸の周りに回転させることによって得られるもののような実質的に回 転対称な載置面構造で十分である。 先に示したように、ビーム経路、したがって能動部品の位置決めは、ビーム経 路に障害がない場合のまっすぐなもの、ミラーで反射させる場合、またはキャビ ティを放射で満たす場合の角度をもたせたもの、あるいは、トランシーバ型の配 置の場合の往復させるものなど、さまざまな形態をとることができる。 それに応じて、載置面に対するビームの位置決めも変化する。角度をつけた配置 は、規定の位置にあるいくつかの受信器と組合わせて、例えば、異なる傾斜方向 、好ましくは、異なる傾斜角度を区別するのに適当である。この場合の好ましい 配置は、送信器を、例えば前述の頂点または対称軸のところなどの中心の位置に 置き、受信器を、その側方の周囲または輪郭の周りに置くものである。載置位置 を、少なくとも一つの能動部品の上に配置することが好ましい。前記無障害配置 、または前記往復配置では、まっすぐなビームが好ましく、そのビームは、キャ ビティに対して中央に配置されることが好ましく、載置面の凹形特徴の主断面に 対して中央にかつ対称に配置されることが好ましい。さらに、載置位置、より好 ましくは離散的な載置位置が、トランシーバの上、あるいはその送信器または受 信器のいずれかの上に配置されることが好ましい。まっすぐな障害の無い配置で は受信器の上に配置されることか好ましい。先に述べた逆さの対称レイアウトで は両方の上に配置されることが好ましい。 載置面の壁に部品を直接に組み込むことによって、光能動部品の位置決めを実 施することができる。これは、壁が透明な場 合には前記壁の下に配置することによって実施されるが、前記壁の開口のところ 、またはこの開口の下に配置することが好ましい。これは、例えば、ビームを遮 蔽したりガイドしたりするのに、あるいは、可動体に適当な載置面を提供するの に、最良の設計自由度を与える。遮蔽目的で、または屈折性を与える目的で、ウ ィンドウを提供することができる。レンズまたはレンズ系を含めて、前述のいず れかの方法でビームに影響を与えることが好ましい。より集中したビームを得る にはコリメートレンズが、収束したビームを得るには集束レンズが好ましい。こ れらのレンズを、載置面または開口に取り付けてもよいが、能動部品自体の一部 であることが好ましい。レンズを使用するときには、少なくとも一方の能動部品 、好ましくは送信器にレンズを装着しなければならないが、両方の部品にレンズ を装着するほうが好ましい。離散設計の送信器と受信器の間のまっすぐな経路上 の距離を、好みで、可動体が、載置位置間を該当する場合にはそれぞれの横方向 に運動する前述のチャネルの距離に適合させることができる。ウィンドウ、また はウィンドウの開口などの、能動部品の少なくとも能動部分を封止して、載置面 またはハウジングから分離し、迷放射のアクセスまたは放出を 回避することが適当である。これは、自体のチャンバ中に能動部品を閉じ込める 従来の方法によって実施することができる。しかし、能動部品は、部品の残りの 部分が露出されるように、部分的に囲われることが好ましい。これは、部品の少 なくとも前述の能動部分の周り、好ましくはその主円周の周りをハウジングに取 り付けることによって実施できる。このとき、前述の意味で、囲われた部分が封 止され分離されることが好ましい。部品を部分的に囲うことは、装置全体の寸法 の低減、構造構成部品としての部品の使用、ならびにプリント回路基板などの支 持体への機械的、電気的接続、および固定を容易にする、部品のリード線または 他の所定の接続の露出に役立つ。本発明の装置は、能動部分と平行な断面上の主 寸法が、０．１〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍの小さな部品と両立する。構 成部品が可動体より大きいことが好ましい。 先に示したように、可動体の自由な移動を保証するために、少なくとも一つ、 好ましくは複数、より好ましくは全てのキャビティの載置位置で、可動体と載置 面の間に、線接触や面接触ではなく点接触が提供されることが好ましい。ボール と面との間などのような一つの接点のみを使用することもできるが、信 頼性および動的安定の目的では、前述の目的の連続的な載置位置としてしばしば 十分な少なくとも二つの接点を使用することが好ましく、連続的な載置位置が、 ビーム軸を中心とする円周に沿うなどの同じビーム変更結果を与えるとき、およ び最良の静的安定のためには、離散的な載置位置としてしばしば十分な少なくと も三つの接点を使用することが好ましい。さまざまな応答目的のために少なくと も二つの接点を配置するのに好ましい方法は、例えば指向性に関して先に一般的 に述べた、少なくとも二つの隣接するリッジと可動体が動的に接触するリッジお よびバレイ型などの表面ガイド構造を使用することである。三つ以上の接点を、 例えば、追加の横断ガイド構造によって、好ましくは、先に説明したようにガイ ド構造の頂点に載置位置を配置することによって、同様の原理で提供することが できる。全ての方向に応答する真に回転対称な載置面と組み合わせることもでき るより一般的な方法は、例えば球形の可動体に対しては方形のみぞといったよう に、可動体とは一致しないみぞを載置位置に提供して、任意の所望の数の点と点 接触するようにすることである。高い信頼性の可動体の移動性を保証する好まし い構成は、例えば前述のいずれかのオプションにしたがって、 少なくとも二つ、好ましくは少なくとも三つの接点、あるいは線接触または面接 触を提供する何らかの方法を、可動体との追加の接点を与えるスパイクの形態ま たは他の構造の突起と組み合わせることである。この接点は、最初に述べた点に よって規定された円周内に位置し、前記最初に述べた点から可動体をわずかに持 ち上げ、これによって、前記最初に述べた点のうちの少なくとも一つの点との接 触を排除し、このようにしない場合には生じる線接触または面接触を排除するこ とが好ましい。不利益を生じることなく、突起と最初に述べた点の一部との間に いくつかの安定な位置が提供されるように突起を配置することができる。 前の段落の点接触原理を、能動部品なしで載置位置と組み合わせることができ るが、好みで能動部品とともに使用することもできる。後者の場合、点接触原理 は一般に、不完全な放射封止が提供されること、先に規定した遮蔽による検出方 法に依存すること、および屈折などの代替の変更方法を同時に使用することを排 除しないことを意味する。全ての方法は、このオプションと両立する。例えば、 リッジの頂点または不一致みぞを能動部品の上に配置することができ、このみぞ を、能動部品の上 の穴の一部分とすることができ、突起を能動部品と同軸にすることができる。ビ ームまたは動作を妨害せずに前記最後の選択肢を実現する好ましい方法は、突起 用の放射能動部品を使用することであり、好みで、レンズの配置をこの目的に使 用することができる。 記載の装置を、レベルセンサ、アラーム、安全スイッチ、トラックセンサ、制 御マニピュレータ、加速度計などの当技術分野で知られている一切の目的に使用 することができる。この装置は、意図的にまたは偶然に多くの方向に繰り返し向 きを変える携帯装置などの製品、大きなセンサを都合よく収納できないハンドヘ ルド装置などの小型製品、および高い信頼性および安全性を持たせなければなら ない安全装置、緊急装置、医療装置などの製品に特に有用である。先に示したよ うに、この装置を単独で使用して、対称軸周りに等しい応答を得ること、または 異なる方向に適合された異なる応答を得ることができる。いくつかの装置、例え ば、三本の直交軸に沿った方向などの異なる方向に応答するように構成された指 向性装置を同時に使用してもよい。 完全に有用なものとするには一般に、能動部品を駆動し、供 給された出力を抽出し、これを使用するのに適当な電子回路をこの装置に組み合 わせなければならない。このような補助電子回路の性質は使用する用途に強く左 右されるものであり、本発明の本来の目的でもない。電子回路は少なくとも、可 動体によるビームの変更に起因する出力差を検出し、連続的または離散的な角度 データを抽出し、これを、例えば、単純なスイッチ、起動、または警報、あるい は繰返し監視または連続監視などでの使用に供することができるものでなければ ならない。 この装置を使用する方法は、従来技術の装置の使用方法と異なるものではない 。同様の装置は一般に、受信器からの出力を、それが動いている間、単に監視し 、ある出力レベルで、前述の動作のいずれかをトリガする信号を発するといった 方法で使用されている。この装置からの出力も同じ方法で処理することができる 。しかし、いくつかの理由から、より精巧な方法で出力信号を処理する使用法を 用いることが好ましい。すなわち、第一に、この信号から、より多くのユーザ情 報を抽出できること、第二に、信号の情報を使用して、装置の応答中のランダム 因子を補償し、より信頼性の高い処理信号を抽出できること、第三に、以前のハ ードウェア機能をソフトウェアによって置き換え て、例えば、より小型でより単純な装置が可能となることである。 したがって本発明は、この装置の動作方法を提供する。この方法では、装置出 力を監視して、直接にまたは間接的にその振幅対時刻関数を求め、この方法に基 づいて動作の前にこの関数を処理する。獲得した関数は、連続関数として処理す るが、装置出力から値をサンプリングすることが好ましい。サンプリングは、不 規則に実施してもよいが、ある周波数の規則的な時問間隔で実施することが好ま しい。サンプリングは、いくつかの知られている方法のうちのどれで実施しても よい。振幅を、基準レベルと比較し、基準レベルより高いか、または低いかにし たがって二進数の１または二進数の０のいずれかにセットするという意味におい て、このサンプリングを、ディジタルサンプリングとすることができる。基準レ ベルを変化させてもよいが、固定とするほうが好ましい。特に生データからより 多くの情報を抽出するためには、関数の絶対振幅値が繰り返し記録されるアナロ グサンプリング法が一般に好ましい。このアナログ値を、アナログプロセッサで 処理することもできるが、この値をディジタル型に変換し、それをディジタルプ ロセッサで処理するほ うが概して好ましい。この信号を、知られている方法でフィルタリングし、ある 周波数範囲を除去してもよい。 この関数値を、任意の時間および速度で記憶し処理することができるが、一般 に、ほとんどの用途でリアルタイム処理が好ましい。それでも、任意の所与の時 刻に同時処理するために、値を記憶しておく必要がある場合がある。処理では、 少なくとも二つ、好ましくは三つ、より好ましくは多数の関数値を一度に処理す ることが好ましい。処理は、知られている種類の任意のプロセッサで実施するこ とができる。このプロセッサが、標準的なマイクロプロセッサや特定用途向け集 積回路などのマイクロコントローラを含むことが好ましい。 この処理は、例示した任意の目的のために記録したり、またはすぐに活用した りするための任意の種類の可動体の運動対時刻情報、あるいは傾斜対時刻情報の 抽出に有用である。しかし、この処理がさらに、装置からの未加工の信号を修正 して、これを、意図する目的のためにより信頼できる信号にする働きをすること が好ましい。この修正のいくつかを後に例示する。 この処理によって、可動体の運動の物理的制動に類似の動作を実行することが できる。連続的な載置位置ではこれを、例え ば、ある周波数をフィルタリングして除くか、平衡点の付近の運動をアベレージ ングして除くか、または回帰曲線を外挿することによって実施することができる 。離散的な載置位置では、同様の結果を、安定な載置位置に対応する可動体位置 に対応する振幅の遅延チェックまたは反復チェックに基づいて得ることができる 。 この処理によって、例えば、離散的な載置位置では静的に規定された傾斜角度 、連続的な載置位置では動的に規定された傾斜角度での実際の装置出力を記憶す ること、および／または、例えば、駆動条件、周囲条件などの変化に関するさま ざまな妨害に対する装置応答を記録することなどによって、装置の較正を実行す ることができる。 この処理によって、可動体運動の物理的ヒステリシスの提供に類似する動作を 、例えば、一つの載置位置から他の載置位置までの変化に対応する信号を発信す るのに、ある程度の振幅変更が必要であるようにして、例えば、平衡角度付近で の頻繁なフリッピングを抑制することによって実行することができる。 この処理に、例えば、限界傾斜に対して重要であると解釈される振幅レベル、 動作に関して禁止の振幅範囲などの、とるべ き動作の決定基準を定める働きをさせることができる。 図面の概要 第１Ａ図および第１Ｂ図はそれぞれ、別個の送信器構成部品および受信器構成 部品を有する装置の第一の実施形態を示す水平方向および鉛直方向の部分断面図 である。第１Ｃ図は、第１Ａ図および第１Ｂ図の装置の、トランシーバを利用し た修正形態を示す図である。 第２図は、一体型送信器／受信器構成部品を利用する、装置の第二の実施形態 を示す部分断面図である。 第３Ａ図および第３Ｂ図は、同じ向きを向いたトランシーバ型の能動部品を利 用した、装置の第三の実施形態を示す図である。 第４Ａ図および第４Ｂ図は、透明で屈折性の可動体を利用した、装置の第四の 実施形態を示す断面図である。 第５Ａ図および第５Ｂ図は、装置の出力信号の処理方法を示す図である。 図面の説明 全体を符号１で示す第１Ａ図および第１Ｂ図の装置は、発光ダイオードの形態 の別個の送信器２およびフォトトランジスタの形態の同様の形状の別個の受信器 ３を備え、これらには、凸形のコリメートレンズ４および４’ならびに電気リー ド線５および５’が装備される。送信器と受信器の間のビーム軸が破線６で示さ れている。ハウジング部品７は、ビーム軸６周りに回転対称であり、環状の面８ および９を終端とする一般に円筒形の外部外被面を有する。環状面８および９に はそれぞれ、送信器２および受信器３が、これらの最も大きな中央部分のフラン ジのところで接着されることによって取り付けられ、これによって、これらの前 面部分がハウジング内に延び、残りの部分が閉じ込められずに残る。送信器２の 閉じ込められた部分は、ハウジング７および送信器２の内面によって形成された キャビティ１２に至る開口１１を有するチャンバ１０内に位置する。球形可動体 １３の載置面が、少なくとも三つの部分、すなわち、一般に凹形のフロアを提供 するハウジング７の内部円すい台形部分１４、ハウジングの内部円筒形部分１５ 、および一般に内側に延びる凸形面を提供する送信器２の前面の突出部分から形 成される。円すい面１４が、実質的にまっすぐな可動体１３の回転線を提供し、 レンズ４を有する送信器２の突出部分が、可動体が安定する位置のない一般に凸 形の面を与えるので、載置面は全体として、実質的に二つの別個の載置位置を可 動体に提供する。一つは、第１Ｂ図に示すような、開口１１および受信器３の直 上のハウジング部品１４の頂点のところであり、もう一つは、第１Ａ図に示した 、円筒形のハウジング部品１５の円周のところである。後者の位置は、ハウジン グ７と具体的にはレンズ４または送信器２の間に提供された限定された運動チャ ネルのために、向きが逆さでも安定である。可動体１３は、第１Ａ図の載置位置 で、ハウジングの円周面１５の周りを回ることができるが、ビーム軸に対する該 運動の対称性のために、可動体は常に、ビームに対して同じ変更効果を与える。 両方の載置位置で可動体１３は、その載置面とのみ点接触する。第１Ａ図の位置 で、面１４と面１５は、可動体１３に関して異なる半径を有し、凸レンズ４のよ うに点接触のみを与える。第１Ｂ図の位置では、点接触を与えるために特別な手 段が提供される。理論的に、開口１１のところで可動体１３は、円周形の線接触 をすることができるが、これは、受信器３を配置し、これによ って受信器のレンズ４’が、可動体１３を１６で開口からわずかに持ち上げるこ とによって妨げられ、その結果、二つの接点、すなわちレンズ４’との接点およ び表面１４との接点が生じる。さらにこの載置位置で、可動体は、対称軸６の周 りを、ビームへの変更効果を失うことなく回転すると考えられる。このように、 これらの利点はすべて、回転独立の装置において得られる。第１Ｃ図では、送信 器２および受信器３がトランシーバ１７に、送信器２の位置が、内側に凸形の面 を有するクロージャ１８に置き換えられている。変更効果を増幅するため、ハウ ジング７、クロージャ１８およびチャンバ１０の表面を、放射吸収性の表面とし 、可動体１３を、拡散型または結像型の反射体とすることができる。 第２図に、センサ装置２０の実施形態の概略を示す。縮尺は正確ではない。こ の装置は、フォーク型の筐体内のこの能動部品間に規定されたギャップのところ に配置された市販の一体型送信器／受信器構成部品２１（例えばＩＳＯＩ Ｓｈ ａｒｐ２４）を利用する。これらの能動部品はそれぞれ、レンズ２２および２２ ’ならびに接続リード線２３および２３’を有する。ハウジング部品２４は、能 動部品間のギャップに挿入されたイ ンサートを形成し、軸２５周りに回転対称の形態を有し、例えば、プレキシガラ スやポリカーボネートなどのプラスチック製の棒のスライスから製造される。こ のスライスの中には、円筒部分２６と、凹形載置面の働きをする円すい台部分２ ７と、レンズ２２’の上方に開口を形成する狭い円筒部分２８とを有するボアが ターン旋盤で形成されている。可動体２９は、開口２８の上の第一の載置位置に 図示されている。図示の位置で、可動体２９は、開口２８と円周形の線接触をし ているが、先の実施形態と同様に、レンズ２２’が可動体を持ち土げるようにハ ウジング２４を下げて、点接触させることも可能である。ハウジング２４は、構 成部品２１の上部とともに、可動体２９およびビームを閉じ込めるキャビティを 形成する。機能は第１図の実施形態と同様である。すなわち、可動体は、円筒形 の面２６のところに第二の載置位置を有し、レンズ２２の存在によって向きが逆 さでもビームを妨害しない。 第３Ａ図および第３Ｂ図に、送信器３１と受信器３２が同じ方向を向いた装置 ３０の概略図を示す。受信器は、送信器を取り囲むリングの形態を有する。送信 器３１は、ほぼ平行のビーム３４を生み出すコリメートレンズ部品３３を有する 。ハウジ ング３５は、円筒形部分３６および円すい形部分３７を有する単純なシェルで、 軸３８周りに回転対称である。可動体３９は結像型の反射体で、ハウジング３５ の内部は、放射を吸収するように実施される。第３Ａ図では、可動体の位置が、 ビームおよび能動部品の配置に対して対称であり、送信器３１からの放射ビーム ３４は、可動体３９で反射されて環状の受信器３２に向かって進み、一方で、散 乱した放射は、ハウジング３５の璧によって実質的に吸収される。第３Ｂ図の可 動体３９の位置では、ビーム３４がビームを通り越し、ハウジングの表面によっ て散乱され吸収される。装置の設計は、回転独立であるが、環状受信器３２をい くつかの独立した受信点から製作すれば、傾斜方向を指示させることもできる。 第４Ａ図および第４Ｂ図に、円筒部分４３、円すい台形部分４４、および内側 に突き出た頂部４５を有するハウジング４２内の透明な屈折性可動体４１を利用 する装置４０の概略図を示す。頂部４５は、保護された受信器４６に至る開口を 有し、円すい台形部分４４は、実質的に平行なビームを射出するレンズ４７を有 する送信器に至る開口を有する。第４Ａ図では、屈折性可動体４１の位置が、送 信器と受信器の間の軸に対して対称 であり、可動体は、レンズ４７から入射したビームを集束する出射ビーム４８の 形状に屈折させ、受信器４６上にほぼ収束させる。第４Ｂ図では、可動体４１が 、装置４０の傾斜または加速によって、円筒形のハウジング部分４３の付近の新 しい載置位置に移動している。正確な縮尺には描かれてはいないが、その直径の 一部分にすぎない可動体の比較的小さな変位によって、出射ビーム４８が受信器 ４６の側方に収束して、その応答が実質的に無効になることがこの図から分かる 。先の実施形態と同様に、キャビティの表面を吸収性の表面にして、散乱放射を 無効にすることができる。 第５Ａ図および第５Ｂ図に、装置の出力信号の処理方法の概略を示す。第５Ａ 図はディジタルサンプリング法に基づき、第５Ｂ図はアナログサンプリング法に 基づく。第５Ａ図で、左側の線図５１は、フォトトランジスタ受信器５３からの 連続出力とみなされる振幅の経時曲線５２を示す図である。この出力が比較器５ ４に供給される。この比較器にはさらに、基準レベル信号５５が供給される。こ の基準レベル信号のレベルは、図５１の線５６に示されている。比較器５４の出 力は、図５１の５７に示す一連の二進数字である。この二進数字列は、マイクロ コントローラプロセッサ５８に供給され、概示した一般的な原理のいずれかに基 づいて修正された信号の生成を含むさらなる処理が実施される。同様に、第５Ｂ 図の線図６１に、フォトトランジスタ６３の出力である同様の曲線６２を示す。 フィルタ６４を使用して、非代表的な高低の振動なと、ある周波数範囲を排除し てもよい。Ａ／Ｄ変換器６６では、変化する振幅曲線が６５に示すように、時間 的に等距離の点で頻繁にサンプリングされ、対応する振幅値がディジタル値に変 換される。これらのディジタル値は、マイクロコントローラ６７に供給され、前 記処理にしたがってさらなる処理が実施される。 便宜を考えて、さまざまな例示の実施形態を簡略化して統一的に説明してきた 。例示の実施形態の全てに、詳細な説明の項で説明したさまざまなオプションを 含めるよう修正を実施することができる。例えば、一般に凹形の載置面のフロア を単に円すい形としたが、連続的な載置表面、または安定のためのくぼみを有す る離散的な表面に修正することができることは明白である。同様に、実施形態を 、全方向的な回転対称のものとして示したが、これらを同様に、先に説明した指 向性または非対称なものとすることができる。ハウジングの円筒形部分および内 側に突出した頂部を、鉛直断面の基準円周面の周囲の連続的または離散的な載置 面で置き換えることができる。記載したさまざまなビーム変更方法および出力増 幅方法を同様に使用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）ハウジングと、ｂ）ビーム経路が放射送信器と放射受信器との間に形成 されるようにハウジング内またはハウジングに配置された放射送信器および放射 受信器と、ｃ）ビーム経路に対して放射を妨害または偏向する可動体と、ならび にｄ）ビーム経路に対して前記可動体が占めうる少なくとも二つの載置位置を規 定する可動体の載置面とを備え、前記可動体が、前記少なくとも二つの載置位置 間を重力によって、傾斜感知装置に対して規定された傾斜角度で移動することか でき、どの載置位置を可動体が占めるかに応じて、検出可能な出力差を放射受信 器から得られるように前記載置位置が選択される傾斜感知装置において、 対応する体積の球の直径で表される可動体の寸法が、１０ｍｍ未満であること を特徴とする傾斜感知装置。 ２．可動体の寸法が、３ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満で、かつ、０．０１ｍ ｍを超え、好ましくは０．１ｍｍを超えることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の装置。 ３．ハウジングが、少なくとも載置面の一部分を含むことを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．ハウジングが、少なくともビームおよび可動体を閉じ込めるキャビティの一 部分を形成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ５．キャビティがガスを含むことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。 ６．放射が、マイクロ波と紫外線の間の周波数範囲の電磁放射、好ましくは、可 視光および赤外線範囲の電磁放射を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の装置。 ７．送信器が、発光ダイオードを含み、受信器が、フォトダイオードまたはフォ トトランジスタを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．送信器および受信器が、トランシーバからなることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の装置。 ９．ビームが、指向性ビームであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 装置。 １０．ビームを方向づけするための少なくとも一つのレンズを含むことを特徴と する請求の範囲第９項に記載の装置。 １１．送信器と受信器が、実質的に同じ方向に向けて配置され ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 １２．送信器と受信器が、相互に距離を開けて対向して配置されることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の装置。 １３．前記出力差が、あるレベルの送信が維持され、遮蔽レベルが可動体の位置 を表す不完全遮蔽の機構に基づくことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装 置。 １４．可動体が、その周囲と対照をなす吸収特性、好ましくは周囲よりも低い吸 収特性を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 １５．可動体が、放射に対して透明かつ屈折性であることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の装置。 １６．送信器と受信器の間の放射の周波数を、検出可能に変化させる手段が提供 されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 １７．可動体が、概ね球形であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装 置。 １８．可動体が、比較的小さな体寸法を有し、ファセットまたはくぼみなどの多 数の不規則構造を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 １９．載置面が、連続的な載置位置を有する少なくとも一つの面を含み、その上 を、可動体が、さまざまな傾斜角度に応答して自由に運動することができること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ２０．載置面が、可動体を安定に維持するように配置され、可動体をそこから変 位させるのに活動化エネルギーが必要な少なくとも一つの離散的な載置位置を含 むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ２１．離散的な載置位置が、その位置に変位する角度とその位置から変位する角 度でヒステリシスが生じるように配置されることを特徴とする請求の範囲第２０ 項に記載の装置。 ２２．その間に可動体が安定する位置がないように少なくとも二つの離散的な載 置位置が提供され、設計されることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の装 置。 ２３．載置面が、ビーム経路を通りこれと平行な基準断面の全円周上に載置位置 を提供することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ２４．前記円周が、凹形特徴の輪郭断面、および可動体の占有を防ぐ内側に突き 出た凸形特徴の輪郭断面を含むことを特徴と する請求の範囲第２３項に記載の装置。 ２５．載置面が、ビームに対して横方向の可動体の運動のための末端を提供し、 末端間の距離が、可動体の主直径の５倍未満、好ましくは３倍未満で、かつ、前 記直径の０．５倍を超え、好ましくは０．５倍を超えることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の装置。 ２６．ビーム経路を通りこれと平行な基準断面に関して、載置面が、前記断面内 を可動体が移動する傾斜方向に対してと、前記断面と角度を持って可動体が移動 する傾斜方向に対してでは異なる出力を与えることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の装置。 ２７．ビーム経路を通りこれと平行な基準断面に関して、載置面が、前記断面内 を可動体が移動する傾斜方向に対してと、前記断面と角度を持って可動体が移動 する傾斜方向に対してで、実質的に同じ出力を与えることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の装置。 ２８．載置面が、前記基準断面の回転に基づいて実質的に回転対称であることを 特徴とする請求の範囲第２７項に記載の装置。 ２９．送信器および受信器が、載置面またはハウジングから少 なくとも部分的に封止されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３０．送信器および受信器を部分的に囲うように封止が実施されることを特徴と する請求の範囲第２９項に記載の装置。 ３１．送信器および／または受信器が、可動体よりも大きいことを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の装置。 ３２．少なくとも一つの載置位置で、載置面が、可動体と点接触のみをするよう に配置されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３３．載置面が、少なくとも二つ、好ましくは三つの接点が与えられるように配 置されることを特徴とする請求の範囲第３２項に記載の装置。 ３４．接点が、載置面内の、可動体とは一致しないくぼみに提供されることを特 徴とする請求の範囲第３２項に記載の装置。 ３５．少なくとも一つの接点が、スパイクの形態またはその他の構造の突起によ って提供され、この接点が、その他の二つの接点の間の線の外側、または、三つ 以上の接点によって規定された円周の内側に位置し、前記その他の接点から可動 体をわずかに持ち上げることを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の 装置。 ３６．載置位置が、ビーム経路内に配置されることを特徴とする請求の範囲第３ ２項に記載の装置。 ３７．レンズが、可動体に対して少なくとも一つの接点を与えるように配置され ることを特徴とする請求の範囲第３６項に記載の装置。 ３８．ａ）ハウジングと、ｂ）ビーム経路が放射送信器と放射受信器との間に形 成されるようにハウジング内またはハウジングに配置された放射送信器および放 射受信器と、ｃ）ビーム経路に対して放射を妨害または偏向する可動体と、なら びにｄ）ビーム経路に対して前記可動体が占めうる少なくとも二つの載置位置を 規定する可動体の載置面とを備え、前記可動体が、前記少なくとも二つの載置位 置間を重力によって、傾斜感知装置に対して規定された傾斜角度で移動すること ができ、どの載置位置を可動体が占めるかに応じて、検出可能な出力差を放射受 信器から得られるように前記載置位置が選択される傾斜感知装置において、 ビームを方向づけするための少なくとも一つのレンズを含むことを特徴とする 傾斜感知装置。 ３９．請求の範囲第２項から第３７項の特徴のいずれかを含むことを特徴とする 請求の範囲第３８項に記載の装置。 ４０．ａ）ハウジングと、ｂ）ビーム経路が放射送信器と放射受信器との間に形 成されるようにハウジング内またはハウジングに配置された放射送信器および放 射受信器と、ｃ）ビーム経路に対して放射を妨害または偏向する可動体と、なら びにｄ）ビーム経路に対して前記可動体が占めうる少なくとも二つの載置位置を 規定する可動体の載置面とを備え、前記可動体が、前記少なくとも二つの載置位 置間を重力によって、装置に対して規定された傾斜角度で移動することができ、 どの載置位置を可動体が占めるかに応じて、検出可能な出力差を放射受信器から 得られるように前記載置位置が選択される傾斜感知装置において、 可動体が、放射に対して透明かつ屈折性であることを特徴とする傾斜感知装置 。 ４１．請求の範囲第２項から第３７項の特徴のいずれかを含むことを特徴とする 請求の範囲第４０項に記載の装置。 ４２．ａ）ハウジングと、ｂ）ビーム経路が放射送信器と放射受信器との間に形 成されるようにハウジング内またはハウジン グに配置された放射送信器および放射受信器と、ｃ）ビーム経路に対して放射を 妨害または偏向する可動体と、ならびにｄ）ビーム経路に対して前記可動体が占 めうる少なくとも二つの載置位置を規定する可動体の載置面とを備え、前記可動 体が、前記少なくとも二つの載置位置間を重力によって、装置に対して規定され た傾斜角度で移動することができ、どの載置位置を可動体が占めるかに応じて、 検出可能な出力差を放射受信器から得られるように前記載置位置が選択される傾 斜感知装置において、 少なくとも一つの載置位置で、載置面が、可動体と点接触のみをするように配 置されることを特徴とする傾斜感知装置。 ４３．請求の範囲第２項から第３７項の特徴のいずれかを含むことを特徴とする 請求の範囲第４２項に記載の装置。 ４４．ビーム経路が放射送信器と放射受信器との間に形成されるように配置され た放射送信器および放射受信器と、および重力によってビーム経路に対して可動 で、受信器によって検出可能な方法でビームを変更させる可動体とを有する種類 の傾斜感知装置を動作させる方法において、 受信器からの出力を監視して、振幅対時刻関数を得る段階と、 その関数からのデータを処理して、修正された信号を得る段階と を含むことを特徴とする方法。 ４５．前記出力から離散値をサンプリングして、前記関数を表現する段階を含む ことを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。 ４６．振幅を、基準レベルと比較し、振幅が基準レベルより高いかまたは低いか にしたがって、二進数の１または二進数の０のいずれかに対応する値を設定する という意味において、ディジタルサンプリングする段階を含むことを特徴とする 請求の範囲第４５項に記載の方法。 ４７．絶対振幅値が繰り返し記録されるという意味において、アナログサンプリ ングする段階を含むことを特徴とする請求の範囲第４５項に記載の方法。 ４８．さらなる処理を行なう前にアナログ値をディジタル値に変換する段階を含 むことを特徴とする請求の範囲第４７項に記載の方法。 ４９．リアルタイムでデータを処理する段階を含むことを特徴とする請求の範囲 第４４項に記載の方法。 ５０．前記関数からの少なくとも二つの値を任意の所与の時刻に同時に処理する 段階を含むことを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。 ５１．前記処理が、可動体運動の制動に類似する修正信号を与えるように実行さ れることを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。 ５２．前記処理が、装置応答の較正に類似の修正信号を与えるように実行される ことを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。 ５３．前記処理が、可動体からのヒステリシス応答に類似の修正信号を与えるよ うに実行されることを特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。 ５４．前記処理を、とるべき動作の決定基準を含めて実行する段階を含むことを 特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。